1

ЛЕКЦИЯ 1

ЦЕЛЬ ИЗУЧЕНИЯ БИОЛОГИИ В МЕДИЦИНСКОМ ВУЗЕ

1.Уметь интерпретировать универсальные биологические явления, основные

свойства живого (наследственность, изменчивость, раздражимость, обмен веществ и

т. д.) в применении к человеку.

2.Знать эволюционные связи (филогенез органов, возникновение пороков развития).

3.Анализировать закономерности и механизмы нормального онтогенеза и

интерпретировать их в отношении к человеку.

4.Владеть основами медико-биологического исследования человека.

5.Интерпретировать явления паразитизма.

Термин «биология» введен Ж.Б.Ламарком и Тревиранусом в 1802 году (bios-хизнь).

Биология – наука о жизни, о формах живого, о закономерностях существования и

развития органического мира. Объект исследования биологии – живые организмы.

Изучаются строение, функции, связи с другими организмами и окружающей средой (в т.

ч. неживой природой). Открытия в биологии конца ХХ века сравнимы с открытиями

космоса.

1838 – Т.Шванн, М.Шлейден – клеточная теория.

1865 – Г.Мендель – «Законы наследования».

1953 – Д.Уотсон, Ф.Крик – двойная спираль ДНК.

1965 – Ниренберг – генетический код.

1957 – Д.Кендрью, М.Перути – пространственная структура белка – миоглобина.

1958 – Ф.Санжер – последовательность аминокислот инсулина.

1961 – Ф.Жакоб, Ж.Моно – схема регуляции экспрессии генов у прокариот.

1970 – Х.Темин, Д.Балтимор – обратная транскрипция.

1980 – А.Каледин – способ выделения термостабильной ДНК-полимеразы из

бактерий.

1983 – Кэрри Мюллис – полимеризация цепной реакции (ПЦР).

1998 – секвенирование генома многоклеточной нематоды.

Достижения в биологии за последние 10-15 лет:

- клонированы гены более 60 болезней

-открыты болезни экспансии (распространения числа трехнуклеотидных повторов и

подтвержден феномен антиципации (синдром умственной отсталости с ломкой Х

хромосомы, хорея Гентингтона и др.))

-осуществлены первые попытки генотерапии человека

-разработаны модели трансгенеза на мышах

-отрыты митохондриальные болезни

-осуществление программы «геном человека»

-применение анализа ДНК в криминалистике: установление личности, отцовства

-выделены гены – супрессоры опухолей

-открыты микроделеционные синдромы

- разработаны новые методы пренатального скрининга и диагностики

-осуществление поиска новых генов сложно наследуемых болезней человека

-количество установленных генетических маркеров составляет десятки тысяч.

Современная биологическая наука образует сложную систему биологических

направлений. Есть разные классификации биологических наук.

2

Палеонтология – наука о вымерших животных и растениях.

Неонтология – изучает ныне живущих организмов.

Классификация по объекту исследования.

-зоология: протозоология – учение о простейших организмах

гельминтология – о паразитических червях

арахнология – о паукообразных

энтомология – о насекомых

Зоология изучает строение, происхождение, развитие, образ жизни животных.

-ботаника – изучает строение, происхождение, развитие и функции растений

(лекарственные и ядовитые растения)

-гидробиология – наука о водных объектах

-вирусология – наука о вирусах

-микробиология – наука о микроорганизмах.

Классификация по свойствам живого.

Морфология – изучает форму, строение организма (анатомия, гистология)

Физиология – изучает процессы, протекающие в живом организме и обмен веществ

между организмом и окружающей средой (нормальная физиология, патологическая

физиология)

Экология – изучает взаимодействия между организмом и окружающей средой

(гигиена с экологией, биология с экологией)

Этология – наука о поведении животных, человека (у человека детерминировано

поведение)

Биология клетки – цитология

Биология развития – закономерности развития (ранее – эмбриология)

Генетика – наука о закономерностях наследственности и изменчивости (кафедра

неврологии)

Геронтология – учение о старении организма и борьбе за долголетие

Гериатрия – наука об обмене веществ, протекающем в стареющем организме

Антропология – наука о закономерностях происхождения человека, человеческих

рас

Эволюционное учение – изучает закономерности исторического развития.

Далее происходит более мелкое деление групп.

Существуют смежные дисциплины.

Биохимия – классическая наука о химических реакциях, которые протекают в

живых клетках, обеспечивают рост, жизнедеятельность и размножение организмов.

Биохимии принадлежит открытие ферментов и их роли.

Биофизика – изучает живые объекты, используя оригинальные физические методы

и концепции.

Молекулярная биология (50-е годы ХХ века) – совокупность биохимии,

биофизики, классической генетики и биологии. Привела к открытию генетического кода и

биосинтеза белка.

Биоорганическая химия – использует приемы и методы органической химии,

используется для определения структуры и функций в клетке и их взаимной влиянии.

Разработка новых лекарственных средств.

Физико-химическая биология – конец ХХ века – союз биофизики, биохимии,

биоорганической химии, молекулярной биологии.

Биоинженерия генная – создание нового организма с заранее заданными

свойствами. В настоящее время можно выделить, создать ген или группу генов с

интересующим признаком, происходит вживление в другой организм (ген инсулина

человека встроен в кишечную палочку).

3

Геномика – компьютерный анализ генома (в том числе и генома человека) и

медицинские приложения (так называемая – медицинская геномика). Используется

геномная диагностика, выявляющая предрасположенность к каким – либо заболеваниям

человека.

Протеомика – связь между наследственным материалом и проявлением признаков.

Биология взаимодействует практически со всеми науками и используется в технике

(биотехнологические приемы, промышленный микробиологический синтез, сыроварение

и др.)

ЛЕКЦИЯ 2

ДИАЛЕКА МАТЕРИАЛИСТИЧЕСКОГО ПОНИМАНИЯ

ЖИЗНИ. УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ.

Все живые организмы избирательно относятся к окружающей среде. Состав

химических элементов живых систем отличаются от химических элементов земной коры.

В земной коре O,Si,Al,Na,Fe,K,в живых организмах H,O,C,N. Всех других элементов

менее 1%. В любом живом организме можно найти все элементы окружающей среды,

правда, в разном количестве. Однако это не означает, что они необходимы. Необходимы

20 химических элементов – тех, без которых живая система обойтись не может. В

зависимости от окружающей среды и обмена веществ набор этих веществ разный.

Некоторые химические элементы входят в состав всех живых организмов (универсальные

химические элементы) H,C,N,O.Na,Mg,P,S,Ca,K,Cl,Fe,Cu,Mn,Zn,B,V,Si,Co,Mo. Кремний

входит в состав мукополисахаридов соединительной ткани.

В состав живых организмов входят 4 элемента, которые удивительно подошли для

выполнения функций живого: О,С,Н,N. Они обладают общим свойством: они легко

образуют ковалентные связи посредством спаривания электронов. Атомы С обладают

свойством: могут соединяться в длинные цепи и кольца, с которыми могут связываться

другие химические элементы. Соединений С очень много. Ближе всего к углероду

кремний, но С образует СО2, который широко распространен в природе и доступен всем,

а оксид кремния - элемент песка (нерастворим).

Вода обладает свойствами:

-наилучший растворитель

-удельная теплоемкость выше, чем у других веществ. Океаны способны поглощать и

отдавать огромное количество тепла, почти не меняя своей температуры – атмосфера

стабильна. Все клетки и ткани содержат большое количество воды.

Организм человека:

Головной мозг – 77%

Белое вещество – 70%

Серое вещество – 84%

Мышцы – 80%

Кости – 55%

Зубы – 7-8%

Волосы – 4%

Содержание воды зависит от возраста (с возрастом падает), метаболической

активности (чем больше активность – тем больше воды). Вода существует в свободной и

связанной формах. Свободной 95%. Это растворитель, образует коллоидные системы

цитоплазмы. Связанная вода соединена с белками слабыми связями

(электростатическими, гидрофобными, водородными). Слабые связи в отличие от

4

ковалентных связей возникают и разрушаются без участия ферментов. Они определяют

структуру и функции макромолекул.

Макромолекулы – нуклеиновые кислоты, белки, полипептиды, липиды,

полисахариды – полимеры, образованные мономерами, соединенными ковалентными

связями. Любой живой организм на 90% состоит из 6 химических элементов –

С,О,Н,Р,N,S – биоэлементы (биогенные элементы).

Клетка

Органеллы Ядро, митохондрии, хлоропласты

Надмолекулярные комплексы Ферментные комплексы, рибосомы,

сократительные системы

Макромолекулы Полисахариды НК АК и др.

Строительные структуры моносахариды простые кислоты

Предшественники биоэлементы, вода

Все живые организмы используют общие материалы для жизнедеятельности.

Используются около 120 (20 аминокислот, 5 азотистых оснований, 4 класса липидов,

малых молекул – простых кислот, воды, фосфатов – 70). Это продукты химической

эволюции (органические соединения живых систем и компоненты неживой материи).

Жизнь по своей природе материальна, но не любая материя является живой.

Жизнь – особая форма материи. Живым организмам присущи специфические

функции, свойства и закономерности. Они находили и находят отображение в

формулировках жизни(300 формулировок). Ни одна из них не удовлетворяет принципам

формулировок.

Свойства живой материи

-репродукция (самовоспроизведение, размножение)

-обмен веществ

-раздражимость

-саморегуляция

-гомеостаз

-наследственность

-изменчивость

-ритмичность

-постоянная связь с внешней средой

-эволюционный критерий.

Гомеостаз - поддержание постоянства внутренней среды организма в непрерывно

меняющихся условиях внешней среды. Обмен веществ присущ всем живым организмам,

поэтому это свойство легко легло в основу экологического определения жизни.

Онзагер, Морровитц

Жизнь есть свойство материи, приводящее к сопряженной циркуляции биоэлементов в

водной среде, движимая, в конечном счете, энергией солнечного излучения по пути

увеличения сложности.

5

Любое утверждение можно проверить. Экологическая, эволюционная формулировка

основана на сумме всевозможных действий, производимых продуцентами, консументами

и редуцентами. Все живые организмы зависят от окружающей среды. Через каждый

организм идут потоки веществ и энергии. С помощью обмена веществ происходит

поддержание упорядоченности и сохранение постоянства состава и воспроизведения

любой структуры. В течение жизни происходит физиологическая регенерация

(самовозобновляемость клеток). Обмен веществ с точки зрения химии – совокупность

большого количества сравнительно простых химических реакций: окисление,

восстановление, ацетилирование и др. каждая реакция обмена может быть воспроизведена

в лаборатории. В живых системах многие индивидуальные реакции, составляющие обмен

веществ, строго согласованы во времени и месте. Они направлены на сохранение и

воспроизведение всей живой системы в целом. Обмен веществ направлен на поддержание

существования организма в определенных условиях внешней среды.

1878Г ф.Энгельс «Диалектика природы»

Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого

является обмен веществ с окружающей их внешней средой, причем с прекращением

обмена прекращается и жизни, что приводит к разложению белка.

1868 – открыты нуклеиновые кислоты

1953 –открыта биологическая роль нуклеиновых кислот

Бернал, Перре

Жизнь есть способная к самовоспроизведению открытая система органических реакций,

катализируемых ступенчато и изотермическим образом сложными и специфическими

катализаторами, которые сами продуцируются системой.

Органическая материя – сложная упорядоченная единая система(!,5 млн. видов). Она

состоит из взаимосвязанных уровней, взаимодействующих и взаимовлияющих друг на

друга. Они могут быть разной величины, высоты. Понятие среды для каждого уровня

различно. Основной уровень – тот, к которому человек относит себя сам – неправильная

точка зрения. Существуют разные подходы к уровням организации.

Модель ступенчатой горки.

Космическая биология

Биосферология - биосферный

Биоценология – надвидовой

Эволюционная теория видов – видовой, популяционный

Ботаника, зоология, анатомия – организменный

Гистология – тканевой

Биология клетки – клеточный

Молекулярная биология – молекулярный

Субмолекулярная биология – электронно-генетический

Молекулярно – генетический уровень

У всех живых организмов (кроме РНК-содержащих вирусов) наследственная

информация заключена в ДНК. В качестве поставщика энергии используют химические

соединения (например, АТФ). АТФ у всех организмов образуется в схожих путях. Гены

соединяются в группы сцепления на хромосомах.

Клеточный уровень

Клетка – целостная биологическая система со связями, жестко фиксированными.

Клетка – основная структурная и живая единица живого. Клетка может существовать

изолированно и независимо. Все организмы состоят из клеток. Уровень организации

простейших совпадает с организменным уровнем. Зигота многоклеточного организма –

одна клетка, но организменный уровень.

Тканевой уровень

6

Ткань - совокупность клеток и межклеточного вещества, клетки имеют одинаковое

строение, происхождение и функции. Появляется у многоклеточных организмов,

развивается в онтогенезе в процессе дифференцировки клеток и закладки органов. Типы

тканей одинаковы для всех животных.

Организменный уровень

Образуется в результате онтогенеза, филогенеза из-за дифференциации и

объединения групп клеток воедино.

ЛЕКЦИЯ 3

Клеточная теория. Биология клетки.

Конец XIX века – возникновение цитологии

1665 – англ. Роберт Гук, рассматривая срез пробки, увидел целлюлозные оболочки и

ввел термин «клетка».

1838 – 1839 – М.Шлейден и Т. Шванн предложили клеточную теорию.

Клеточная теория

1. Все организмы состоят из клеток.

2. Все клетки развиваются по единому плану.

3. Свойства многоклеточного организма сводятся к арифметической сумме

свойств тех клеток, которые его слагают.

Шлейден предложил считать ядро наиболее постоянной структурой клетки. Многие

положения оказались неверными (положение 3). Клетка стала изучаться. Клеточная

теория оказала большое влияние на биологию и медицину.

1858 – Рудольф Вирхов опубликовал свой труд. Если существует живая клетка, то

она произошла от клетки. « Каждая клетка от клетки». Применил свои положения теории

в клеточной патологии.

Современная клеточная теория

1. Жизнь существует только в форме клеток.

2. в основе непрерывности жизни лежит клетка.

3. Принцип комплиментарности (связь между структурой и функцией).

Активность организма зависит от клетки, в клетке хранится, перерабатывается

наследственная информация. Клетка – основная единица, через которую проходит,

запасается и перерабатывается энергия, вещество. Клетка простейшего практически

бессмертна. При половом размножении вечны гаметы. В клетке клеточные структуры

связаны между собой, все биохимические процессы происходят в соответствующей

структуре.

В настоящее время установлены 2 вида клеточной организации: прокариоты и

эукариоты. Они существенно отличаются друг от друга. К прокариотическим организмам

относят бактерии, СЗО и архебактерии (бактерии, выживающие в крайне тяжелых

условиях). 0,5-0,3 мкм – размер клетки (см. таблицу в альбоме). Генетическая информация

в одной хромосоме – двуцепочечная ДНК, кольцевой формы. Состав хромосом: нет

гистоновых белков. Хромосома «голая». Распространены повсеместно. Короткая

регенерация, короткое время размножения, быстрый рост, большое биохимическое

разнообразие. Эукариотические клетки имеют сильно разветвленные внутриклеточные

мембраны. Ядра содержат ядрышки и хромосомы (количество хромосом больше 2). В

состав хромосом также входят белки-гистоны, РНК и др. эукариотические клетки

способны существовать вместе с другими эукариотическими клетками и являются

7

субъединицами многоклеточного организма. Прокариоты и эукариоты относятся к

кислороду по-разному. Большинство прокариот – облигатные анаэробы, реже –

факультативные анаэробы, есть и облигатные аэробы. Среди эукариот – единообразие –

облигатные аэробы.

Прокариоты возникли в период, когда содержание в среде кислорода изменялось, к

моменту возникновения эукариот количество его было высоким и стабильным.

Между прокариотами и эукариотами прочные эволюционные связи. У них сходные

метаболические пути. У прокариот – брожение, у эукариот – гликолиз. Реакции похожи,

механизм почти один и тот же. Анаэробное брожение как источник энергии возникло на

ранних стадиях эволюции. С появлением кислорода появилась возможность более

эффективного процесса окисления – 36 молекул АТФ из 1 молекулы глюкозы –

окислительное фосфорилирование. Причем у эукариот оба процесса имеют место.

Поэтому КПД – 38АТФ. Наличие обоих процессов имеет большое значение, один процесс

может временно компенсировать другой.

СЗО осуществляют аэробный фотосинтез. Предполагают, что цианобактерии

способствовали накоплению кислорода в первичной атмосфере (около 1,5 млрд. лет

назад).

Возникновение эукариотических клеток – дискуссионный вопрос. Есть 2 основные

теории. Наиболее перспективна – теория симбиоза Маргулис.

Эукариотическая клетка – сложная структура, состоящая из нескольких типов

клеток, находящихся в симбиотических отношениях друг с другом. Хлорелла может

включаться в протоплазму инфузории, где продолжает функционирование. Некоторые

амебы не имеют митохондрий, но в протоплазме есть симбионтные бактерии, которые не

синтезируют АТФ, но участвуют в превращении ядовитых веществ в молочную кислоту.

Некоторые брюхоногие моллюски могут извлекать хлоропласты из других клеток и

встраивать в свои клетки. Согласно гипотезе, эукариотические клетки были

первоначально прокариотическими.

Анаэробные прокариоты Аэробные прокариоты

(клетка хозяин) (презумптивная митохондрия)

прокариоты с митохондриями

подвижные прокариотические клетки клетки цианобактерий

подвижная прокариотическая клетка

фотосинтезирующая эукариотическая

клетка

простейшая эукариотическая клетка

1. Митохондрии и пластиды не могут возникать заново из химических соединений,

а возникают путем деления.

2. Многие клеточные органоиды имеют 2 мембраны. Наружная возникла благодаря

эндоплазматической мембране клетки-хозяина.

3. Кардиолипин (липид) существует только в клеточных мембранах прокариот.

4. Митохондрии и пластиды имеют ДНК, она голая и кольцевая. Они обладают

своей собственной белок синтезирующей системой из рибосом, т-РНК, РНК-

полимеразы, которые соответствуют основным частям прокариот.

5. Рибосомальная РНК митохондрий и пластид имеет сходство с РНК

прокариотических рибосом.

8

6. Митохондрии __________реагируют на некоторые антибиотики, направленные против

бактерий.

7. Среди ныне живущих организмов встречаются случаи симбиоза между

одноклеточными жгутиковыми, не имеющими пластид и клетками водорослей,

которые могут служить моделями определенной ступени филогенетического

процесса эндосимбиоза.

Объем эукариотических клеток в 1000 и более раз превышает прокариотические

клетки, поэтому в ДНК эукариотических клеток в 1000 и более раз больше генов. Чем у

прокариот. Это связано с наличием сети мембран внутри клетки. Клетки эукариот имеют

разную форму и размеры. Сферические клетки в среднем имеют диаметр 10-20 мкм

(эритроцит – 8мкм, яйцеклетка – 200мкм, сперматозоид 75),некоторые клетки имеют

несферическую форму (например, клетки нервной системы).

Состав гипотетической клетки эукариот.

В клетке, как и в сложном организме, основные функции распределены между

специальными структурами – органеллами. От внешней среды эукариотическая клетка

отделена мембраной (клеточной, плазматической), имеющей толщину – 8 мкм(3

молекулы). Общая площадь мембран велика. Масса печени крысы 7 г, площадь мембран

более 100 квадратных метров.

Клетка – система мембран, отграничивающих участки внутриклеточного

пространства. Мембраны участвуют в разных процессах. Мембраны нервных клеток –

генерация нервного импульса, мембраны ЖКТ – всасывание и переваривание пищи,

клеточные мембраны скелетных мышц и клеток миокарда – расслабление и сокращение,

мембраны клеток органов чувств – преобразование одного вида раздражения в другой.

Белки природных мембран плохо растворимы в воде, образуют комплексы с липидами.

Функции: рецепторная, структурная, транспортная, каталитическая (большинство белков

– ферменты – иммуноглобулины – белки с наибольшей активностью). Жидкостно-

мозаическап модель строения мембраны (бислой липидов, белки – периферические,

погруженные, интегральные). Транспорт веществ не всегда происходит путем диффузии

или градиента. Существуют транспортные белки.

АТФ---АДФ+Ф

Активный транспорт – перенос веществ через мембрану с затратой АТФ и при

участии транспортных белков. Активный сопряженный транспорт (одни и те же белки –

несколько веществ). Могут быть 2 периферических белка, могут идти вещества по каналу,

2-3 переносчика, транспорт может быть несопряженным. Бывает экзцитоз (пиноцитоз и

фагоцитоз). Существование обменной диффузии (при помощи градиента концентрации),

В эукариотических клетках эндоплазматическая мембрана составляет единое целое с

внутриклеточными мембранами (цитоплазматические мембраны). Цитоплазматические

мембраны образуют канал со сложной сетью переплетающихся каналов и пузырьков

(1959 Картер) каналы ЭПР – временные коммуникационные системы, участвующие в

перемещении пузырьков из клетки наружу. Мембраны гЭПР имеют трубчатые структуры

(более молодой эволюционный тип). Биологическая роль: гидролиз фосфолипидов, синтез

стероидных гормонов, синтез липидов и т.д. как и плазматическая, цитоплазматическая

мембрана переходит в ядерную и комплекс Гольджи(1898 ит. Гольджи) главная

особенность – отсутствие рибосом. Это плоскопараллельные цистерны, пузырьки.

Комплекс специализирован для синтеза белков. Собственные клеточные белки,

секреторные белки синтезируются в большинстве клеток. Большинство белков сложные,

имеют углеводную и белковую часть – гликопротеины и протеогликаны. Комплекс

Гольджи участвует в синтезе сложных сахаров из простых моносахаридов, которые затем

связываются с белками, пришедшими в комплекс, возникают гликопротеины,

образовавшись, они отшнуровываются, происходит экзоцитоз. В комплексе Гольджи

9

образуются лизосомы. Комплекс Гольджи поставляет необходимый материал для

образования борозд дробления в животной клетке.

Эукариотическая клетка имеет клеточный скелет (цитоскелет) из внутриклеточных

волокон (Кольцов) – начало ХХ века, в конце 1970 вновь открыт. Эта структура позволяет

клетке иметь свою форму, иногда изменяя ее. Цитоплазма находится в движении.

Цитоскелет участвует с процессе переноса органоидов, участвует в регенерации клеток.

Митохондрии – сложные образования с двойной мембраной(0,2-0,7мкм) и разной

формой. Внутренняя мембрана имеет кристы. Наружная мембрана проницаема

практически для всех химических веществ, внутренняя – только активный транспорт.

Между мембранами – матрикс. Митохондрии располагаются там, где необходима энергия.

Митохондрии имеют систему рибосом, молекулу ДНК. Возможно возникновение мутаций

(более66 заболеваний). Как правило, они связаны с недостаточной энергией АТФ, часто

связаны с сердечно-сосудистой недостаточностью, патологиями. Количество

митохондрий разное (в клетке трипаносомы- 1 митохондрия). Количество зависит от

возраста, функции, активности ткани (печень – более1000).

Лизосомы – тельца, окруженные элементарной мембраной. Содержат 60 ферментов(

40 лизосомальных, гидролитических). Внутри лизосомы – нейтральная среда.

Активизируются низкими значениями рН, выходя в цитоплазму (самопереваривание).

Мембраны лизосом защищают цитоплазму и клетку от разрушения. Образуются в

комплексе Гольджи (внутриклеточный желудок, могут перерабатывать отработавшие свое

структуры клетки). Есть 4 вида. 1-первичные, 2-4 – вторичные. С помощью эндоцитоза в

клетку попадает вещество. Первичная лизосома (запасающая гранула) с набором

ферментов, поглощает вещество и образуется пищеварительная вакуоль (при полном

переваривании расщепление идет до низкомолекулярных соединений). Непереваренные

остатки остаются в остаточных тельцах, которые могут накапливаться (лизосомные

болезни накопления). Остаточные тельца, накапливающиеся в эмбриональном периоде,

приводят к гаргалеизму, уродствам, мукополисахаридозам. Аутофагирующие лизосомы

уничтожают собственные структуры клетки( ненужные структуры). Могут содержать

митохондрии, части комплекса Гольджи. Часто образуются при голодании. Могут

возникать при воздействии других клеток (эритроциты).

ЛЕКЦИЯ 4

Существование клеток во времени и пространстве. Клеточный

цикл и его регуляция.

Универсальные химические соединения – нуклеиновые кислоты. Они состоят из 3

компонентов, связанных между собой: азотистого основания (А,Г,Ц,Т,У), 2-дезокси – Д –

рибозы, Д – рибозы и остатка фосфорной кислоты. Молекулярная масса ДНК от 200000

до нескольких миллионов дальтон. Длина ДНК у млекопитающих до 1 метра, у эукариот

ДНК почти полностью находится внутри ядра. У определенного вида в соматических

клетках количество ДНК одинаково и зависит от числа хромосом. У человека в костном

мозгу – 0,87 пг/клетку, в печени – 1 пг/клетку, в головном мозгу – 0,68, сперматозоидах –

0,33. каждый живой организм имеет свою собственную последовательность ДНК

(нуклеотидный состав ДНК). Поэтому она используется в медицине и криминалистике

(последовательность нуклеотидов у человека индивидуальна). Нуклеотидный состав

соматических клеток постоянен в любом возрасте, при любых физиологических

обстоятельствах. Молекулы ДНК идеально подходят для хранения информации благодаря

стабильности, сложному строению, гигантским размерам. Именно они и позволяют

информации из ядра передаваться в цитоплазму на рибосомы. Для этих целей служит

посредник – РНК (м-РНК, и-РНК), которая живет меньше - это способ превращения

10

матрицы ДНК в мобильную форму. Кодом в молекуле ДНК является порядок

расположения пар нуклеотидов. Участок молекулы ДНК, несущий информацию о

строении одного белка или макромолекулы называется геном. На каждом участке ДНК в

один ген синтезируется своя и-РНК. Молекула ДНК эукариотической клетки несет как бы

избыточную информацию, что объясняется тем, что некоторые последовательности ДНК

повторяются несколько раз и присутствуют в виде нескольких копий(100,1000 и более).

Такие последовательности – повторяющиеся, если нуклеотидная последовательность

находится в единственном числе – уникальная последовательность. Повторяющиеся

последовательности бывают: высокоповторяющиеся (повторяются млн. или более раз),

умеренно повторяющиеся(1000 – 100000 копий, чаще 300). Высокоповторяющиеся не

транскрибируются, но подвергаются репликации в первую очередь. Участвуют в

конъюгации хромосом во время мейоза.

Умеренно повторяющиеся последовательности могут перемещаться по геному и

переходить из одного участка ДНК в другой – мобильные (прыгающие) гены.

Перемещаясь из одного участка ДНК в другой? могут захватывать чужие участки генов,

переносить их в другое место и вызывать мутации. Любая клетка содержит латентный

онкоген. Мобильные гены могут запустить латентный ген рака.

Уникальные последовательности ДНК не имеют копий в геноме и

транскрибируются.

По способности к окрашиванию выделяют:

-эухроматин

-гетерохроматин (ярко окрашенный)

а) факультативный

б) структурный

Факультативный гетерохроматин постоянно конденсирован. Присутствует только в

одной из гомологичных хромосом. Участки структурных генов подавлены, не

функционируют – половой хроматин. Широко используется в экспресс диагностике.

Структурный гетерохроматин постоянно конденсирован. Присутствует в

соответствующих участках гомологичных хромосом (в 2х), репрессирован, часто

приурочен к центромере.

Эухроматин деконденсированные. Раскрученные участки хроматина. С них

начинается считывание наследственной информации.

Состав хроматина:

-ДНК 15%

-РНК 10%

-гистоновые белки (основные) 65%

-негистоновые белки (кислые) 5%

-фосфолипиды 5%

Участки с гистоновыми белками – не транскрибируются, они заблокированы. У

молодой клетки, только появившейся после деления, все части удваиваются.

Клеточный цикл клетки – период ее существования от появления до собственного

деления или гибели. Митотический и жизненный цикл совпадают в часто делящихся

клетках.

Жизненный цикл клетки

- интерфаза

- собственный цикл деления

Растущая неделящаяся клетка отличается от делящихся клеток. Интерфаза длиннее

клеточного деления. Типичный жизненный цикл клетки составляет 20 часов, период

деления – 1 час. При оптимальных условиях для однотипных клеток продолжительность

клеточного цикла (время, необходимое для выполнения точной программы, заложенной в

11

клетке) одинаково. При описании жизненного цикла выделяют несколько фаз. Впервые

они были установлены в 1953 году А.Хоуардом и С.Пемгом.

S - фаза синтеза ДНК

G1 – постмитотическая (пресинтетическая) фаза

G2 - постсинтетическая (премитотическая) фаза

М – митоз

После формирования клетки в G1 происходит увеличение объема ядра и

цитоплазмы. Синтез белков, синтез РНК, синтез АТФ(30-40% клеточного цикла)

усиливается. После G1 фазы начинается S фаза. Происходит точная репликация ДНК и

редупликация хромосом. Синтез ДНК происходит по полуконсервативному механизму:

каждая цепь ДНК копируется. Синтез происходит по участкам. Существует система,

устраняющая ошибки при редупликации ДНК (фоторепарация, дорепродуктивная и

пострепродуктивная репарации). Процесс репарации очень долог: до 20 часов, и сложен.

Ферменты – рестриктазы вырезают неподходящий участок ДНК и достраивают его

заново. Репарации никогда не протекают со 100% эффективностью, если бы это было, Не

существовала бы эволюционная изменчивость. Пострепродуктивная репарация

происходит в G2 фазе. В G2 фазе(10-20%) происходит синтез белка. Метаболический

смысл не ясен. Некоторые клетки в течение длительного времени не выполняют своих

функций, в них не протекают метаболические процессы (клетка заклинена в G1или G2 –

это G0 фаза – фаза относительного покоя). Для каждой фазы есть свое время. S, G2 не

зависят от изменения внешней среды, время постоянно. У человека S фаза – 6-10 часов,

G2 фаза – 2-5 часов, G1 фаза по продолжительности варьируется. Если долгая – клетка

покоящаяся. Многие клетки (особенно дифференцированные) не способны к делению.

Это позволяет им выполнять свои функции в максимальном количестве с максимальной

интенсивностью. Особые регуляторные механизмы удерживают клетки в состоянии

покоя. Они выполняют все функции, синтезируют белок. Однако многие

дифференцированные клетки способны к делению, митоз делится на 2 фазы: собственно

митоз и цитокинез. Биологическая роль митоза: точное, идентичное распределение

дочерних хромосом с содержащимся в них наследственным материалом в ядрах.

Продолжительность митоза (клетки крови мышей)